Im elften Video des Weihnachtskalenders zum IoT-Haus-Projekt von Stern Didactic richtet Nicolai Stern den Fokus auf das elektronische Design mit Autodesk Fusion. Nachdem in den vorherigen Schritten das mechanische Grundgerüst geschaffen wurde, geht es nun um die elektronische Seite des Projekts. Ziel ist es, einen Schaltplan zu erstellen, elektronische Komponenten auszuwählen und sie auf einer Leiterplatte sinnvoll anzuordnen. Damit werden die Weichen für die spätere Leiterplattenentwicklung, die Bestückung und letztlich auch die Programmierung des IoT-Hauses gestellt.
Start des Elektronikdesigns
In Autodesk Fusion wechselt Nicolai Stern in den Elektronik-Arbeitsbereich. Durch den Befehl „Neuer Elektronikentwurf“ entsteht eine separate Projektdatei, in der der Schaltplan ausgearbeitet wird. Mit „Neuer Schaltplan“ beginnt schließlich die eigentliche Arbeit: Das Platzieren von Bauelementen und das Definieren ihrer Verbindungen.
Auswahl elektronischer Bauelemente
Über die umfangreiche Bibliothek in Autodesk Fusion hat man Zugriff auf zahlreiche Standardkomponenten. Stern demonstriert das anhand von LEDs, Transistoren und Widerständen:
• LEDs: Er wählt eine einfache 3mm LED aus der Bibliothek und platziert insgesamt sechs Stück auf dem Board. Jede LED erhält eine eindeutige Bezeichnung (LED1 bis LED6).
• Transistoren: Als Schaltelement kommt ein NPN-Transistor vom Typ BC547 zum Einsatz. Er dient zur Ansteuerung der LEDs.
• Widerstände: Zur Strombegrenzung für die LEDs fügt Stern Widerstände hinzu. Er wählt einen klassischen, horizontal dargestellten Widerstand, legt den Wert auf 220 Ohm fest und vervielfältigt ihn insgesamt sechs Mal.
Hinzufügen weiterer Komponenten
Ein IoT-Haus benötigt natürlich auch eine Energiequelle und eine Schnittstelle zum Mikrocontroller:
• Stromversorgung: Eine 9-Volt-Batterie liefert die nötige Spannung.
• Pin Header: Über einen Pin Header lassen sich die Signale des Mikrocontrollers auf die Leiterplatte bringen. Stern wählt zunächst einen 15-poligen Pin Header, um später noch Spielraum bei der Anbindung des Mikrocontrollers zu haben.
Auch wenn dieses Bauteil vorerst kein 3D-Modell aufweist, ist das für die reine Schaltplanerstellung unproblematisch. Später, beim PCB-Layout, lassen sich solche Details weiter verfeinern.
Verknüpfung der Komponenten
Sobald alle Bauteile platziert sind, geht es an das eigentliche „Herzstück“ des Schaltplans: die Verbindungen.
• Stromversorgung: Die Plusleitung der Batterie wird mit dem Versorgungseingang (V+) des Mikrocontrollers verbunden, Masse (GND) mit der gemeinsamen Referenzmasse des Schaltkreises.
• LED-Ansteuerung: Die Anoden der LEDs werden an die Versorgung angeschlossen, ihre Kathoden über die Widerstände mit den Transistoren verbunden. Die digitalen Pins des Mikrocontrollers steuern die Transistoren, die wiederum die LEDs ein- und ausschalten können. Pin 1 treibt den ersten Transistor, Pin 2 den zweiten, und so weiter.
Dieses einfache, aber funktionale Setup zeigt, wie aus wenigen Bauteilen eine praktikable Schaltung entsteht, die künftig gesteuert werden kann.
Fazit und Ausblick
In diesem Video legt Nicolai Stern das Fundament für das spätere PCB-Design. Vom Aussuchen der Bauelemente über das sinnvolle Platzieren bis hin zum Verbinden der Komponenten wird Schritt für Schritt ein Schaltplan aufgebaut, der ohne große Änderungen funktionieren sollte. Im nächsten Video wird es dann um die Umsetzung dieses Schaltplans in ein konkretes Leiterplatten-Layout gehen – ein entscheidender Schritt, um aus der Idee ein fertiges IoT-Haus zu realisieren.
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Erstellung des Angebots im Namen der Autodesk Ireland Operations Unlimited Company
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